关于机械设计过程中零件结构合理性设计的研究

韩 颖 俞军坤

（1.浙江欧可美科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州悦克智控科技有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

零件本身结构的合理性和精度对机械加工过程的影响十分严重，随着现代零件结构的日渐复杂，人们对零件设计和加工要求越来越高，而零件结构设计的合理性设计，可以提升其具体的加工效率和质量。因此，在具体零件结构设计过程中，应该以合理性和科学性为原则，将更多的先进技术应用其中，进而全面提升整个机械加工水平和效率。

1 机械零件结构合理性设计的基本原则

1.1 机械零件结构应该与结构材料相适应

由于材料的不同，展示出来的性能也不同，这其中包括力学性能、物理化学性能等。因此，在产品材料选择好之后，整个零件结构设计应该与具体的材料工艺性能相符。站在某个角度来说，一旦产品材料确定之后，具体的生产工艺性能和工艺过程也就基本得到了确定，为工作人员确定产品结构的基本形式提供了便利条件。例如，某产品在制作过程中以铸铁为主，如果铸铁的铸造性能较强，那么该零件会以铸造生产为主，促使其基本形式与铸造工艺要求相符。根据具体的结构性能，该零件应该以薄壁结构形式为主，不会采用实心操作。另外，在凸轮轴制作过程中，如果选择45钢为原材料，此时凸轮轴的制作往往会以锻造成型为主，在轴设计上也会以实心为主，只有这样，才能降低工艺制造成本，提升其实用性。

1.2 机械零件结构应该与毛坯成形方法相适应

由于不同的毛坯成形工艺适用于不同结构形状的毛坯生产的过程中，站在某种角度来说，毛坯成型工艺会对零件结构产生较大影响。在铸造成型过程中，可选择的工艺很多，往往可以将一些结构复杂的零件生产出来，尤其是在芯子制造上具有多变性特点，为后续复杂内腔的制定提供了基础。整体来看，为了进一步提升设计效果，人们可以采用具体的空中结构将零部件的刚性提升，进而降低材料用量的消耗程度。象在结构复杂的箱体设计上，可以利用焊接形式进行，但焊接过程中的箱体内腔不能太过复杂，否则将会增加整个焊接生产工作的难度，最终提升企业的生产结构成本。又如，在曲轴生产过程中，由于铸造工艺具有较强的成形性，可以进一步降低轴的加工余量，提升金属利用率，其制造成本也要低出锻轴很多。在曲轴铸造过程中，其具体的结构设计可以比较复杂，但必须与相关铸造工艺要求相符，并做到形状对称。最后，如果不加工面与分型面相垂直，设计人员需要将整体结构斜度突显出来。

2 机械设计过程中零件结构合理性设计的具体方法

2.1 毛坯的合理选择

首先，对毛坯形状进行确定，为了确保机械零件的加工效率，设计人员需要尽可能地确保毛坯尺寸与形状和机械零件本身结构相符。在形状相似的情况下，可以避免毛坯出现过度粗糙的问题，提升机械零件的加工量。另外，在具体的机械零件设计过程中，还要选择一些先进的毛坯加工手段，只有这样，才能在机械零件批量生产过程中，获得更好的加工效果。其次是毛坯结构的确定，该项工作的开展情况主要由机械零件结构直接决定，由于毛坯结构对机械零件的加工过程容易产生影响，在具体加工设计工作中，工作人员应该提升对毛坯结构选择的重视程度。为了对结构的难易程度进行掌握，人们可以对合并和分解方法进行选择。换句话说，在毛坯结构加工过程中，可以将结构简单的零件组合到一起，组成一个新的零件，或者将一个结构较大的毛坯削成几个小的零件，进而与机械零件加工要求相符。例如，在车床丝杠螺母合口瓦和活塞环加工过程中，工作人员可以先进行长套筒和整个毛坯的加工，之后将合口瓦切削成2个部分，在各项零件符合标准要求之后，再进行车床加工，切割出与要求相符的活塞环。

2.2 零件结构的合理简化

在具体的机械零件设计加工过程中，为了进一步提升零件的加工效率，人们可以将整个机械零件的加工面设计成简单的几何平面，如圆面等，并将具体的零件结构简化，进而为后续零件加工工作的开展提供便利条件。除此之外，工作人员还可以根据具体的零件结构特点，将全部零件分成合体式和分体式2种结构。部分机械零件在加工过程中，以合体构件的加工为主，这样一来，便可以降低连接件中的技工量，还能进一步减少组装工作的开展。还有部分零件在加工时无法进行合体加工，此时分体式加工的功能便能彻底发挥出来。设计人员可以将零件分解成2个部分，一个是套筒部分，另一个是球形底面垫块，这样可以将加工程序简化。当2部分加工工作全部完成之后，工作人员只需要将球形底面垫块加入套筒之中即可。

2.3 减少零件加工面

在机械零件结构设计过程中，应进一步降低加工面积，这样一来，整体零件的加工量也会得到大幅度降低，提升加工效率。在实际工作中，还会出现很多零件结构定位，此时，工作人员需要确保整个零件加工精度能够得到大幅提升，并且对零件装配进行有效控制，长此以往，会增加零件的加工量和加工难度。为此，工作人员在加工工作开始之前，对整个零件结构进行适当调整，进而将零件定位到一个端面之中，提升定位的合理性，为整体加工工作提供便利的同时，提升加工精准度。除此之外，在具体的机械零件加工过程中，工作人员需要注意的地方有很多，例如不能在封交的内表面开展加工工作。一般来说，机械零件的内部加工本身存在很大难度，其内部表面处于半封闭状态，不利于加工工作的全面开展。因此，工作人员一定要避免这种情况的出现。

2.4 提升零件的设计精度

在机械零件加工完成之后，相关参数与零件设计参数保持同步，这也充分证明了零件本身具备较高精度，能够与机械设备相匹配，还可以进一步提升机器的使用效率和价值。从这里也可以看出，零件加工精度与零件加工质量息息相关，但在具体设计过程中，其加工精度容易受到很多因素的影响。例如，在空腔类零件设计和加工过程中，很容易受到外力的影响，进而导致整个零件出现变形问题。为了避免这种情况的出现，零件加工精度的提升显得十分重要。设计人员在零件设计过程中可以将其结构改成盒状，将原来的开口端设计成闭口端，只有这样，才能将零件的薄弱区强度提升，避免变形情况的出现。为此，设计人员应该从零件的稳定性角度入手，实现零件结构的全面优化，提升精度。

3 结语

综上所述，机械零件的合理设计是保证机械产品质量的基础，更是提升其生产效率的必要条件。因此，在具体的机械零件设计过程中，应该将其中的设计结构合理性地展示出来，并以实际情况为主，对相关机械零件性能进行优化，改善其零件结构，只有这样，才能确保整个机械零件设计与现代化机械生产需求相符。